臺灣博碩士論文加值系統

　　本研究之主要目的是以具有高耐磨耗、抗化學腐蝕性的類鑽碳膜為基底，再添加奈米微結構以製備多功能性之奈米複合類鑽碳薄膜，希望能提升其機械性質，並進一步使其具有光致親水的特性。除了利用TiO2奈米粒子在吸收紫外光後所具有的光觸媒反應性與超親水特性；另外，再加上結合生物相容性皆佳的二氧化鈦與類鑽碳之塗層，利用其良好生物機械性質，未來可實用在醫療植入的領域。製備此多功能性複合薄膜，其應用深具潛力。
　　利用濺射輔助電漿化學氣相沉積法沉積含TiO2之類鑽碳膜，此法係在原有之PECVD系統中架設一支濺鍍槍濺射所欲摻雜之元素。製程上通入C2H2作為碳源，及通入氬氣濺鍍TiO2靶材，利用RF電源供應器之自我偏壓提供濺鍍槍濺射靶材所需的能量，再經由脈衝式電源供應器（ENI）提供加速離子撞擊基板所需的基板偏壓，藉由改變不同Ar/C2H2氣體組成之鍍膜參數，探討此奈米複合碳膜的成長條件與性質。並輔以SEM、TEM、ESCA，及拉曼光譜分析，探討類鑽碳膜內不同的Ti、O含量對於其薄膜組成、結構、硬度、應力及親水性的影響。
　　本研究可得到親水性良好且硬度不錯之奈米複合類鑽碳膜，硬度13GPa，水接觸角可於照射UV光1小時內降至0度。膜中有大小約10nm的奈米粒子（cluster），經分析可知為TiO2之rutile及anatase結晶和TiC之結晶。

　　Multifunctional diamond-like carbon (DLC) nanocomposite films containing a high concentration of TiO2 nanoparticles are to be synthesized for optical, tribological and MEMS applications. The nanocomposite films had good hydrophilic property under ultraviolet (UV) radiation and hardness of 13 GPa. The XRD, XPS, Raman, and TEM analysis revealed that the films were incorporated TiO2 and TiC nanoparticles in the DLC matrix. The nanocomposite films were highly abrasion-resistant and had long-life hydrophilic surface.
　　Hydrophilic and abrasion-resistant coatings have been needed for many optical applications. However, the hydrophilic surface cannot last long due to easy surface contamination. TiO2 surface are hydrophilic and have self-cleaning effect under sunlight or UV radiation, and thus remain hydrophilic all the time. However, TiO2 films are not abrasion-resistant, and TiO2 particles are easily scraped off the surface due to oxidation of the binder. On the other hand, DLC film is highly abrasion-resistant and chemically inert, and thus able to resist oxidation.
　　DLC films were deposited using acetylene as the carbon source, and argon was used to sputter TiO2 target. By incorporating TiO2 nanoparticles in the DLC film, the nanocomposite films will be highly abrasion-resistant and have long-life hydrophilic surface. Even after abrasion of the film, the film properties will remain unchanged since TiO2 nanoparticles are uniformly distributed throughout the DLC matrix. Under UV radiation the films can also be amphiphilic (i.e. both hydrophilic and oleophilic). Besides, they can be applied on various substrates, including glass and, particularly, plastics. They have great application potentials in optical components for anti-fogging purpose and in bio-MEMS devices to control fluid flow with UV light.

中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 X

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 奈米複合薄膜之概念與製作技術 4
1-3 含TiO2奈米粒子之類鑽碳膜研究現況 6
1-4 研究動機與方向 8

第二章 理論基礎 10
2-1 類鑽碳膜 10
2-1-1 類鑽碳膜之結構 10
2-1-2 類鑽碳膜之成長機構 13
2-2 奈米複合薄膜 18
2-3 金屬氧化物半導體之基礎 21
2-3-1 金屬氧化物半導體的缺陷和半導體性質 21
2-3-2 光觸媒文獻回顧 22
2-3-3 光催化原理與應用 23
2-3-4 光致超親水性原理 26
2-4 電漿化學 34
2-5 濺射輔助電漿化學氣相被覆系統 40
2-5-1 離子被覆的介紹 40
2-5-2 離子轟擊效應 41
2-5-3 濺鍍原理 43

第三章 實驗步驟與方法 45
3-1 實驗流程 45
3-2 實驗裝置 46
3-2-1 含TiO2奈米粒子之類鑽碳膜 46
3-2-2 真空鍍膜系統 47
3-3 實驗材料 49
3-3-1 基板材料 49
3-3-2 實驗氣體 49
3-3-3 靶材材料 50
3-4 實驗操作 51
3-4-1 基板前處理 51
3-4-2 實驗操作步驟 51
3-4-3 TEM試片的準備與分析 52
3-5 分析與鑑定 53
3-5-1 表面型態觀察 53
3-5-2 成長速率測定 53
3-5-3 薄膜結構分析 53
3-5-4 薄膜組成及鍵結型態分析 55
3-5-5 殘留應力測試 56
3-5-6 硬度值測定 57
3-5-7 TEM微結構分析 57
3-5-8 接觸角分析 58

第四章 結果與討論 63
4-1 前言 63
4-2 薄膜組成分析 64
4-3 XRD結晶分析 64
4-4 X-ray光電子光譜-鍵結分析 65
4-5 DLC拉曼光譜分析 67
4-6 TiO2拉曼光譜分析 69
4-7 TEM微結構分析 70
4-8 硬度分析 71
4-9 應力分析 73
4-10 接觸角分析 73

第五章 結論 95
第六章 參考文獻 97
自述 104

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